(57)【要約】【課題】  ＣＯＤレベルを向上させて、高出力の半導体レーザ素子を得る。【解決手段】  第１導電型半導体基板１の上面Ｓに、第１導電型クラッド層２と、活性層３と、第２導電型クラッド層４とを順次積層してなり、一対の共振器面Ａ１，Ａ２を有する半導体レーザ素子１０であって、前記一対の共振器面Ａ１，Ａ２の一部を形成する前記活性層部分及び前記活性層部分の近傍に位置する前記活性層部分Ｚにおける自由キャリア吸収損失を１０〜１３ｃｍ−１の範囲内にする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板の上面に、第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層とを順次積層してなり、一対の共振器面を有する半導体レーザ素子であって、
前記一対の共振器面の一部を形成する前記活性層部分及び前記活性層部分の近傍に位置する前記活性層部分における自由キャリア吸収損失を１０〜１３ｃｍ−１の範囲内としたこと特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に係り、特に共振器型の半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振器型の半導体レーザ素子は、例えば、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ディスクの記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置などに使用されている。そして、このような半導体レーザ素子は、今般の光ピックアップ装置などのさらなる感度向上に対応して、さらなる高出力化が望まれている。
ところが、高出力の半導体レーザ素子において、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）と呼ばれる光学損傷が問題となっており、信頼性の低下をもたらしている。
このＣＯＤは、レーザ光を発生する活性層の共振器面近傍部が、素子内部で発生したレーザ光に対して吸収領域になっていることにより発生する。
素子製造工程において、通常、大気中で劈開することによって、その劈開面が共振器面として得られる。このとき、劈開を大気中で行うため、大気中の酸素と反応して、共振器面には自然酸化層が形成されてしまう。
この自然酸化層のバンドギャップは素子内部の活性層のバンドギャップより小さいために吸収領域となり温度上昇を伴うため、この温度上昇により共振器面近傍のバンドギャップがさらに狭くなり、レーザ光の吸収がますます起こりやすくなる。その結果、上述の現象を繰り返し、ついには共振器面が溶融して半導体レーザ素子が破壊される。
【０００３】
そこで、ＣＯＤレベル（ＣＯＤが発生するときの発光出力をいう）を向上させる方法が、特許文献１に記載されている。
この特許文献１によれば、共振器面近傍の少なくとも活性層における不純物濃度を約５〜１５×１０１７ｃｍ−３、あるいは、それ以上とすることで、高信頼、高出力の半導体レーザ素子を実現できるとしている。
【特許文献１】特許２７５８５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている半導体レーザ素子では、ＣＯＤレベルを十分に向上することが困難なため、高出力、例えば３００ｍＷ以上の発光出力を得ることができない。ＣＯＤレベルを十分に向上できない理由として、キャリア損失の影響が考えられる。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＣＯＤレベルを向上させることにより、さらなる高出力の半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本願発明は次の手段を有する。
１）第１導電型半導体基板（１）の上面（Ｓ）に、第１導電型クラッド層（２）と、活性層（３）と、第２導電型クラッド層（４）とを順次積層してなり、一対の共振器面（Ａ１，Ａ２）を有する半導体レーザ素子（１０）であって、前記一対の共振器面（Ａ１，Ａ２）の一部を形成する前記活性層部分及び前記活性層部分の近傍に位置する前記活性層部分（Ｚ）における自由キャリア吸収損失を１０〜１３ｃｍ−１の範囲内としたこと特徴とする半導体レーザ素子（１０）である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一対の共振器面の各面近傍部における活性層の自由キャリア吸収損失を、１０〜１３ｃｍ−１の範囲内とすることにより、ＣＯＤレベルが向上するので、高出力の半導体レーザ素子が得られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の半導体レーザ素子の実施例における、第１工程〜第４工程をそれぞれ説明するための模式的断面図である。各図と各工程とはそれぞれ対応している。
【０００９】
＜実施例＞
（第１工程）［図１参照］
まず、ＧａＡｓからなるｎ型基板１の上面Ｓに、ドーパント濃度が約５×１０１７ｃｍ−３の（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層２と、ノンドープのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる活性層３と、ドーパント濃度が約５×１０１７ｃｍ−３の（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層４と、ＧａＡｓからなるＰ＋型キャップ層５とを、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、順次積層する。
【００１０】
この第１工程では、ｎ型ドーパントとしてＳｉ（シリコン）を、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）を用いた。他のｐ型ドーパントとして、Ｂｅ（ベリリウム），Ｃ（炭素），Ｍｇ（マグネシウム）等を用いても良い。
また、この第１工程では、各層を成膜する際の基板加熱温度を、約６５０℃に設定した。
【００１１】
（第２工程）［図２参照］
Ｐ＋型キャップ層５の表面に、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）からなり、幅ｗ１が約４０μｍの拡散源層７を所定の間隔ｄ１を有するストライプ状に形成する。図２では、複数の拡散源層７の内の２つを示している。
実施例では、この間隔ｄ１を約１．５ｍｍとした。
また、図２では、説明をわかりやすくするために、幅ｗ１に対して間隔ｄ１の寸法を圧縮して表している。
【００１２】
次に、この拡散源層７が形成されたｎ型基板１を、第１工程における基板加熱温度よりも低い温度である約６００℃に加熱することによって、拡散源層７中のＺｎ（亜鉛）を、不純物として、拡散源層７とＰ＋型キャップ層９との界面からｎ型クラッド層２の途中までの領域に拡散させる。この不純物であるＺｎが拡散された領域を、不純物拡散領域Ｚと呼ぶ。
実施例では、この不純物拡散領域Ｚにおける活性層３のＺｎ濃度が約２×１０１７ｃｍ−３となるように、加熱時間を調整した。また、この不純物拡散領域Ｚの幅ｗ２は、約４０μｍである。
このＺｎ濃度に設定した理由について、後で詳述する。
また、この不純物拡散領域Ｚにおけるｐ型クラッド層４のＺｎ濃度は、約２×１０１７ｃｍ−３である。
【００１３】
（第３工程）［図３参照］
拡散源層７を除去する。
次に、Ｐ＋型キャップ層９の表面にＡｕ（金）系のｐ型電極８を形成し、ｎ型基板１の積層方向とは反対側の面にＡｕ（金）系のｎ型電極９を形成する。
【００１４】
（第４工程）［図４参照］
上述のｐ型及びｎ型電極８，９が形成されたｎ型基板１を、不純物拡散領域Ｚをその延在する方向に略二分する面に沿って劈開し、その劈開面が共振器面Ａ１，Ａ２となるバーを形成する。
このバーを、所定の間隔で、上述の工程を経たｎ型基板１の表面に対して直交する面で分断し、本実施例の半導体レーザ素子１０を得る。
従って、この半導体レーザ素子１０の不純物拡散領域Ｚの幅ｗ３は約２０μｍである。
【００１５】
この半導体レーザ素子１０は、ｐ型電極８側からｎ型電極９側に向かって順方向電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、活性層３からレーザ発振させて、レーザ光を活性層４の共振器面Ａ１，Ａ２の一方の面から出射させるものである。
【００１６】
ここで、実施例の第２工程において、不純物拡散領域Ｚにおける活性層３のＺｎ濃度について、説明する。
発明者は、まず、不純物拡散領域Ｚの活性層３における自由キャリア吸収損失に着目した。この自由キャリアによる吸収損失が多いほど、レーザ発振の際、この吸収損失により素子が発熱し、ＣＯＤレベルが低下したり、しきい値が上昇するといった問題を生じる。例えば、作成した半導体レーザ素子が、高出力である３００ｍＷ以上の発光出力を得るためには、ＣＯＤレベルをそれ以上にしなければならない。
そこで、発明者が鋭意実験した結果、ＣＯＤレベルを３００ｍＷ以上にするためには、自由キャリア吸収損失を１３ｃｍ−１以下にすればよいことを見出した。
【００１７】
次に、発明者は、この不純物拡散領域Ｚの活性層３における、自由キャリア吸収損失と、不純物の１つであるＺｎの濃度との関係に着目した。
この自由キャリア吸収損失とＺｎ濃度との関係について鋭意実験した結果を図５に示す。図５は、不純物拡散領域Ｚの活性層３における自由キャリア吸収損失とＺｎ濃度との関係を表した図である。
図５により、例えば従来例のようにＺｎ濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上の場合は、Ｚｎ濃度に対応して自由キャリア吸収損失が大きくなる（１５ｃｍ−１以上）。
【００１８】
また、このＺｎ濃度が１×１０１６ｃｍ−３よりも小さいと、不純物拡散領域Ｚの活性層３におけるバンドギャップエネルギーと、不純物拡散領域Ｚ以外の活性層３におけるバンドギャップエネルギーとのエネルギー差が小さいため、レーザ発振の際、この不純物拡散領域Ｚにレーザ光が吸収されて素子が発熱し、ＣＯＤレベルが低下したり、しきい値が上昇するといった問題を生じる。
図５から、Ｚｎ濃度が１×１０１６ｃｍ−３のとき、自由キャリア吸収損失は１０ｃｍ−１である。
【００１９】
従って、不純物拡散領域Ｚの活性層３におけるＺｎ濃度を、１×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３未満とすることにより、不純物拡散領域Ｚの活性層３における自由キャリア吸収損失の量を１０〜１３ｃｍ−１の範囲とすることができる。
そして、発明者らが鋭意実験した結果、不純物拡散領域Ｚの活性層３における自由キャリア吸収損失の量が１０〜１３ｃｍ−１の範囲内において、３００ｍＷ以上のＣＯＤレベル、即ち、３００ｍＷ以上の発光出力が得られることを確認した。
【００２０】
そこで、実施例では、このＺｎ濃度を２×１０１７ｃｍ−３とすることにより、この自由キャリア吸収損失の量を１２ｃｍ−１とした。
また、従来例と実施例との半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを測定した結果、従来例の半導体レーザ素子のＣＯＤレベルは約２８０ｍＷであるのに対して、実施例では約３２０ｍＷであった。
【００２１】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【００２２】
例えば、実施例の第４工程において、半導体レーザ素子１０の不純物拡散領域Ｚの幅ｗ３を約２０μｍとしたが、これに限定されるものではない。
但し、この幅ｗ３が６０μｍを超えるとしきい値が上昇するといった問題が発生する場合がある。また、この幅ｗ３が１０μｍよりも小さいと、ＣＯＤレベルが低下するといった問題が発生する場合がある。
従って、この幅ｗ３を、１０〜６０μｍの範囲内に設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の半導体レーザ素子の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子の実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】Ｚｎ拡散領域Ｚの活性層におけるＺｎ濃度と自由キャリア吸収損失との関係を表した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ｎ型基板  、  ２  ｎ型クラッド層  、３  活性層  、  ４  ｐ型クラッド層  、  ５  Ｐ＋型キャップ層  、  ７  拡散源層  、  ８  ｐ型電極  、９  ｎ型電極  、  １０  半導体レーザ素子  、  Ａ１，Ａ２  共振器面  、  Ｓ  上面  、  Ｚ  不純物拡散領域  、  ｗ１，ｗ２，ｗ３  幅  、  ｄ１  間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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